Relazione modalità di rottura di un albero motore

Relazione sulle modalità di rottura di un albero motore

L’oggetto preso in esame è un albero motore di una motozappa Lombardini, il quale presenta una rottura in corrispondenza della zona di transizione tra spalla e perno di manovella, con superficie di rottura trasversale all’asse dell’albero.

Osservando la superficie esterna dell’albero non si notano particolari danni macroscopici derivanti da difetti di fabbricazione o zone deformate plasticamente, per cui è possibile, in prima approssimazione, ipotizzare una rottura a fatica del componente; gli evidenti segni presenti sul perno di manovella sono riconducibili a un grippaggio avvenuto solo in seguito alla rottura.

A confermare l’ipotesi della fatica sono le due superfici di rottura. È possibile infatti distinguere su di esse il punto di innesco della cricca (1), la zona di propagazione con le linee di spiaggia (2) e la zona di frattura fragile di schianto (3).

Inoltre, le due superfici presentano forma concava, sulla spalla, e convessa, sul perno, il che evidenzia la presenza contemporanea di un’azione di taglio e di un’azione flettente.

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Analisi dei carichi agenti sul perno di manovella

L’analisi dei carichi agenti sul perno di manovella è riconducibile all’analisi dello spinotto. È presente infatti un ciclo di carichi derivanti dalle fasi di avviamento, scoppio, e dalle fasi di regime del motore.

Si avrà quindi un carico massimo verso il basso relativo alla fase di combustione e un carico massimo verso l’alto di tipo inerziale, relativo alla fase di incrocio al PMS, dovuto alle masse di pistone, spinotto e biella.

Innesco della cricca e concentrazioni di tensione

È inoltre importante osservare come il punto di innesco si trovi perfettamente in corrispondenza di un intaglio, ovvero il raggio di raccordo tra perno di manovella e spalla. Questo infatti è sede di concentrazioni di tensione ed elevate sollecitazioni, come è intuibile anche dall’analogia idrodinamica.

La sua posizione nella parte bassa del perno indica invece che la forza dovuta ai carichi di combustione è maggiore della forza inerziale al PMS, per cui la parte inferiore del perno, in fase di discesa al PMI, risulta essere la zona più sollecitata a trazione.

Ad aggravare la situazione è anche la presenza del foro interno al perno di manovella, necessario per la lubrificazione, il quale indebolisce la sezione resistente. Di fatto, è possibile notare come la zona di frattura finale inizi subito dopo che le linee di spiaggia hanno percorso circa la metà del diametro del perno fino al raggiungimento del foro.